激发极化法和可控源音频大地电磁法在黔西北铅锌矿勘查中的综合应用

焦智伟，艾 虎，李英宾，汪 来

(1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050000；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)，河北 石家庄 050000)

0 引言

黔西北铅锌成矿区处于川—滇—黔铅锌成矿域东侧，是其重要组成部分，也是贵州省重要的铅锌产地之一。区内铅锌矿床(点)的物化探异常成群成带展布，成矿地质条件优越，找矿前景好，具备寻找中、大型矿床的潜力。目前黔西北地区找矿工作已从浅地表向深部找矿方向发展，亟需综合物探方法探索深部矿体。地球物理勘查是深部找矿有效方法之一[1-3]，根据铅锌矿体与围岩的物性差异，合理选择物探方法综合勘查，可以快速缩小靶区，提高找矿效率。

本文以杨雀块地区为例，结合地质情况和物化探方法的适用条件，选择激发极化法和可控源音频大地电磁法两种方法组合，在杨雀块地区进行了应用。通过激电中梯扫面测量，缩小了找矿范围，圈定铅锌矿体在平面上引起的激电异常；采用激电测深查明异常体的埋深、规模；应用可控源音频大地电磁法测量查明了控矿断裂发育情况。

1 方法介绍

1.1 激发极化法

激发极化法是根据岩、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一种电法勘探方法。该方法以不同岩、矿石的激电效应差异为前提，通过研究人工建立的激电场的分布规律，基于观测断电后二次场电压来研究地下各岩、矿石的极化性质[4]。激发极化法应用范围广，在金属和非金属固体矿产勘查、寻找地下水、油气田和地热田勘查等方面，都获得了成功的应用。激发极化法可快速有效的圈定异常体，但受装置限制，探测深度有限。

1.2 可控源音频大地电磁法(简称CSAMT)

CSAMT法是在大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)的基础上发展起来的一种人工场源频率域测深方法。由于所观测电磁场频率、场强和方向可由人工控制，其观测方式与AMT法相同，故称这种方法为CSAMT法[5-6]。该方法具有勘探深度大、观测效率高、横向分辨能力高、抗干扰能力强等特点，已被广泛应用于地热、油气藏、固体矿产勘探、煤田探测、环境工程勘查等方面[7]。CSAMT法可有效查明深部构造发育情况，受方法局限性，只能区分电阻率异常，无法查明极化体发育情况。

2 地质背景及物性特征

2.1 区域地质背景

黔西北铅锌多金属成矿带位于扬子陆块南部被动边缘褶冲带六盘水叠加褶皱带[8]，属于上扬子中东部铅-锌-铜-银-铁-锰-汞-锑-磷-铝土矿-硫铁矿-煤-煤层气成矿带中的威宁—六盘水铅-锌-银成矿带。黔西北铅锌矿主要为热液型[9-13]，成矿部位受构造控制明显[14-15]。铅锌矿(点)产出受NW向云炉—蟒洞构造带和威宁—六盘水构造带控制[16]，集中沿两条构造带附近成NW向带状展布(图1)。

图1 黔西北区域地质矿产略图[16]Fig.1 Regional and geological sketch map of mineral resources in Northwest Guizhou[16]1—侏罗系 2—三叠系 3—二叠系 4—石炭系 5—泥盆系 6—地层界线 7—断层 8—中型铅锌矿床 9—小型铅锌矿床 10—铅锌矿点 11—铁矿床 12—研究区

区域地层属扬子地层区的上扬子地层分区，黔西北地层小区出露地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及第四系，其中以泥盆系、石炭系最发育，分布广泛，区内有大面积玄武岩分布。其中泥盆—石炭系和震旦—寒武系碳酸盐岩是重要的含矿层位及赋矿围岩。

2.2 研究区地质背景

研究区位于石门断裂构造带与紫云—垭都断裂带交汇处，受多期构造活动影响，断裂、褶皱发育，构造形态复杂。矿床分布主要受构造的控制，呈NW向展布，沿断裂叠加地段产出，不同方向断裂交汇部位铅锌矿集中富集。

研究区内主要断裂构造呈NE及NW向(图2)，褶皱常被后期断裂所破坏，构造应变分带明显，铅锌矿床(点)及地物化异常点受断裂控制明显。

图2 研究区地质及测线布置图Fig.2 Geological map and survey line layout in the study area1—祥摆组 2—革老河组—汤巴沟组 3—尧梭组 4—望城坡组 5—独山组 6—地层界线 7—实测与推断断层 8—蚀变带 9—激电中梯扫面测线 10—激电测深测线 11—CSAMT测线

研究区出露地层主要为石炭系的祥摆组(C1x)、革老河组(C1g)、汤巴沟组(C1t)，泥盆系的尧梭组(D2y)、望城坡组(D2w)、独山组(D2w)，第四系(Q)分布于沟谷中。

研究区铅锌矿属于中低温热液型，主要受F1断层控制，断层起导矿和容矿的作用，断层旁侧次级张性小断层带，拖曳背斜核部，层间破碎带内则是赋存矿(化)体的主要部位。在中、上泥盆统及下石炭统碳酸盐地层中，白云岩为主要含矿层，生物碎屑白云岩则为矿体的主要赋存层位。由于生物对Pb、Zn元素有吸收和浓集的能力，白云岩孔隙度大、渗透性强，有利于铅锌矿充填交代。围岩蚀变主要为白云石化、方解石化、硅化、黄铁矿化和重结晶作用，次要的有萤石化、高岭石化等[17]。

2.3 岩石电阻率和极化率特征

本次对研究区内黏土岩、煤层、白云岩、泥晶灰岩、泥质灰岩、泥岩、炭质泥岩、断层角砾岩和含黄铁矿银矿进行了电阻率和充电率测定，并按地层和岩性进行了统计，结果见表1。

表1 研究区岩(矿)石电性参数统计Table 1 Statistical table of petroelectric parameters of rocks and ores in the study area

统计结果表明：① 不同时代的白云岩电阻率表现为高阻，时代越老电阻率越高。铅锌矿、断层角砾岩以及不同时代的泥质(晶)灰岩电阻率表现为中低阻特征；黏土岩、泥岩、炭质泥岩电阻率表现为低阻特征。② 各地层岩性之间充电率存在一定差异，但差别不大，充电率一般为0.78 mV/V～3.14 mV/V。铅锌矿充电率普遍较高，平均为17.9 mV/V，远远高于围岩，表明矿体与围岩的充电率存在着明显的差异；炭质泥岩和煤层充电率较高，与铅锌矿极化率值较为接近。

综上，白云岩呈现出高阻低充电率特征，黏土岩、泥岩、断层角砾岩呈现出低阻低充电率特征，铅锌矿和煤层呈现出典型的中低阻高充电率特征。

3 激电极化法资料分析

3.1 激电中梯电阻率特征

图3为研究区激电中梯电阻率等值线平面图。由图3可见，电阻率等值线平面图总体呈北西分带，大致以断层F1为界，西南侧为中高阻区，东北侧依次为中低阻区。① 西南部高阻区：电阻率值大于800 Ω·m，为泥盆系望城坡组、独山组和尧梭组白云岩、灰岩的反映；② 北东部低阻区：电阻率值一般在小于800 Ω·m，为石炭系祥摆组黏土岩、炭质黏土岩和煤层的反映。

图3 研究区激电中梯电阻率等值线平面图Fig.3 The plan diagram of resistivity contour by IP middle ladder method in the study area1—祥摆组 2—革老河组—汤巴沟组 3—尧梭组 4—望城坡组 5—独山组 6—地层界线 7—实测与推断断层 8—蚀变带

3.2 激电中梯充电率特征

经计算，研究区充电率背景值为26.15 mV/V，标准偏差为2.23 mV/V，确定异常下限为29.49 mV/V，据此筛选出8个激电异常。图4为研究区充电率等值线平面图。

由图4可见：① YJD01～YJD05号异常位于F1断裂下盘，沿断裂呈串珠状分布，推断异常为祥摆组炭质黏土岩和煤层引起。② YJD06～YJD08号异常均位于F1断裂上盘，呈零星分布，规模不大。其中YJD06号异常地表出露岩石为尧梭组白云岩，地表可见蚀变，且位于断裂F3上盘成矿，地质条件较为有利；YJD07号异常地表出露岩石为望城坡组泥晶灰岩，地表可见蚀变，成矿地质条件较为有利；YJD08号异常地表出露岩石为望城坡组泥晶灰岩和独山组白云岩，推断解释层间接触带局部硫化物富集引起，具有较好的找矿前景。

图4 研究区激电中梯充电率等值线平面图Fig.4 The plan diagram of charging rate contour by IP middle ladder method in the study area1—祥摆组 2—革老河组—汤巴沟组 3—尧梭组 4—望城坡组 5—独山组 6—地层界线 7—实测与推断断层 8—蚀变带 9—激电异常及编号

根据中低电阻率、高充电率特征，且与控矿地质条件吻合较好原则，筛选出成矿有利地段激电异常区3个，各异常区地质特征见表2。

表2 激电异常特征统计Table 2 Statistical table of IP anomaly characteristics

3.3 激电测深资料分析

根据激电中梯异常圈定结合地质资料，在研究区YJD07号激电异常上，布置了一条长度为200 m的激电测深剖面，大致垂直于异常走向及地层走向。图5a为YJD07号异常激电中梯剖面与激电测深反演断面图。

由图5a可见：① 激电测深线在充电率断面图平距0～120 m、高程1750 m以深出现高极化体，其幅值较低，对应的激电中梯剖面40～120 m充电率幅值较高，与激电中梯剖面异常基本吻合，该异常埋深较大。② 电阻率断面图在平距20 m处，浅部电阻率曲线出现扭曲，深部成舌状低阻带，为隐伏断裂的反映。在电阻率断面图上，近地表电阻率值小于500 Ωm地段，推断解释为强风化灰岩；在断面图上高程1800～1900 m电阻率值呈现出中阻特征地段，推断解释为望城坡组泥质灰岩、泥岩的反映；在断面图上高程1900 m以深、电阻率值大于2400 Ωm地段，推断解释为望城坡组灰岩。

4 CSAMT资料分析

由于激发极化法探测深度较小，不能满足勘探要求，为了解研究区控矿构造深部展布形态，布设一条垂直于控矿断裂F1的CSAMT测线。图5b为激电中梯剖面与CSAMT反演电阻率断面图，在平距750 m、1300 m处，反演电阻率等值线出现向下延伸低阻带，推测为断裂构造F1和F1-1。

图5 研究区激电中梯剖面-激电测深反演断面图(a)与激电中梯剖面-CSAMT反演断面图(b)Fig.5 Inversion section diagram by IP middle ladder and IP sounding methods (a), inversion section diagram by IP middle ladder and CSAMT methods (b) in the study area

F1断裂南西侧反演电阻率高阻地段(ρ>800 Ωm)推断解释为尧索组、望城坡组灰岩、白云岩的反映，在对应的激电中梯剖面上，电阻率也呈现出相对高阻的特征；断裂F1北东段近地表反演电阻率低阻地段(ρ<800 Ωm)，推断解释为祥摆组黏土、炭质黏土和煤层的反映；在激电中梯剖面上同样呈现出低阻特征，而深部电阻率低阻地段可能是由于断裂构造导致岩石破碎、富水，从而电阻率降低；在平距850～1100 m地段，激电中梯剖面显示为低阻高极化特征，且位于断裂F1与F1-1夹持部位，为成矿有利部位。

5 综合分析

研究内铅锌矿化主要产于泥盆系独山组及望城坡组中，矿体多沿F1断层南西盘及次级断裂分布，矿化带一般呈似层状产出。围岩蚀变较强，主要有铁方解石化、白云石化、含锰褐铁矿化、角砾岩化、糜棱岩化、黄铁矿化。因此，地层、岩性、断裂构造是控制铅锌矿化的主要因素，断裂构造复合部位是成矿的有利部位。

铅锌矿和围岩物性差异明显，在激电中梯扫面与激电测深断面中主要表现为低阻高极化特征。断裂构造使地质体的连续性和完整性遭到破坏，研究区内控矿断裂在CSAMT断面上表现为低阻条带、梯度带或等线值扭曲、不连续、错断。

根据研究区内铅锌矿地层、岩性、断裂等控矿因素，结合激发极化法和CSAMT法，圈定了成矿有利部位。

6 结论

1)黔西北铅锌矿地球物理特征在激电中梯等值线平面图与激电测深图上表现为高充电率、低电阻率特征，在CSAMT电阻率断面图上表现为断裂夹持部位。

2)通过激电中梯测量查明了研究区激电异常的分布范围；运用激电测深查明了极化体的埋深、规模以及深部展布特征；结合CSAMT测量对控矿构造深部发育特征做出了客观的反映。

3)激发极化法与CSAMT测量两种物探方法结合，在受断裂构造控制的铅锌矿勘探中，取得了较好的成效，建议在其他类似铅锌矿勘查工作中推广应用。